鄭銳生 黃勁安 梁雅菁
【摘要】 ? ?在5G共享共建模式下,MEC需結(jié)合業(yè)務(wù)指標需求以及運營商承載網(wǎng)互通節(jié)點等實際情況,因地制宜確定部署策略,從而實現(xiàn)低時延高可靠業(yè)務(wù)保障與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建設(shè)成本的平衡。更進一步地,可根據(jù)實際MEC部署位置制定面向客戶的共享方案,以滿足不同客戶的差異化需求,最大化提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
【關(guān)鍵詞】 ? ?5G ? ?共享模式 ? ?MEC
引言:
移動互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動ICT融合,5G面向跨行業(yè)全業(yè)務(wù)方向發(fā)展。為滿足網(wǎng)絡(luò)大帶寬、高可靠及低時延等差異化業(yè)務(wù)需求,5G網(wǎng)絡(luò)通過引入邊緣計算MEC實現(xiàn)業(yè)務(wù)本地化、本地分流、緩存加速等功能,為用戶帶來極致的業(yè)務(wù)體驗。網(wǎng)絡(luò)部分算力從云端遷移到邊緣,很大程度上可以視為以運營商為中心的技術(shù)轉(zhuǎn)移,這種技術(shù)轉(zhuǎn)移基于以往網(wǎng)絡(luò)軟件化和虛擬化等的發(fā)展成果,并在5G部署中發(fā)揮作用。繼協(xié)力定義移動邊緣計算(MEC)及相關(guān)標準之后,業(yè)界開始大力探索MEC技術(shù)在各種行業(yè)應(yīng)用中的價值,并希望通過MEC和5G技術(shù)進一步加深連接和計算的融合。作為CT連接能力與IT計算能力的切入點,MEC在5G網(wǎng)絡(luò)中的部署位置直接決定了其性能發(fā)揮。因此,研究和探索MEC平臺的部署要點及策略尤為重要。
一、邊緣計算(MEC)架構(gòu)
MEC是指在靠近用戶側(cè)部署邊緣節(jié)點,將網(wǎng)絡(luò)能力和計算能力進行下沉,進而實現(xiàn)業(yè)務(wù)流量本地出口、業(yè)務(wù)功能本地實現(xiàn),滿足低時延、大帶寬等業(yè)務(wù)需求。MEC在5G網(wǎng)絡(luò)中實際充當著DN(Data Network,數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))和AF(Application Function,應(yīng)用功能)的角色。MEC與5G的結(jié)合點為UPF。在UP(User Plane,用戶面),UPF為MEC提供分流功能,實現(xiàn)承載的業(yè)務(wù)流與運行在MEC上的AF的對接;在CP(Control Plane,控制面),UPF向MEC按需提供和開放業(yè)務(wù)流量計費、網(wǎng)絡(luò)策略控制等核心網(wǎng)能力。因此,在部署MEC時,需考慮與UPF的協(xié)同規(guī)劃。
此外,結(jié)合運營商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),MEC可在兼顧性價比的基礎(chǔ)上,根據(jù)時延、帶寬及數(shù)據(jù)安全性等具體業(yè)務(wù)指標要求靈活選擇具體的部署位置。具體來看,MEC可部署于站點側(cè)、接入層、匯聚層和核心層,其位置分別對應(yīng)通信網(wǎng)的基站、接入機房、邊緣DC和核心DC。當MEC部署在基站(現(xiàn)場級部署)或接入機房時,可最大程度滿足低時延、高可靠的業(yè)務(wù)場景需求,但由于其覆蓋范圍的相對受限(部署在基站側(cè)時范圍最小),網(wǎng)絡(luò)邊際效益降低,網(wǎng)絡(luò)管理也變得更為復(fù)雜,整體成本將大幅上升,一般URLLC場景采用此種部署方式;當MEC部署在邊緣DC,也即匯聚機房時,MEC可用于承載城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層的媒體流轉(zhuǎn)發(fā)和核心網(wǎng)UP功能,此時業(yè)務(wù)覆蓋范圍相對適中,但由于MEC部署位置相對高,其時延也相應(yīng)增大,一般單項業(yè)務(wù)端到端時延在10ms以內(nèi),主要適用于eMBB業(yè)務(wù);當MEC部署在核心DC,也即核心機房時,MEC可承載城域網(wǎng)核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元和部分集中部署的UP網(wǎng)元功能,其覆蓋范圍可達城域網(wǎng)范圍,但時延明顯增大,更適用于對時延相對不敏感,且對廣覆蓋和大連接需求相對大的mMTC業(yè)務(wù)場景。綜上,5G MEC的部署位置,應(yīng)以業(yè)務(wù)需求和場景為導(dǎo)向,追求性能與成本效益的均衡。
二、共建共享模式下MEC部署方案
上述關(guān)于5G MEC部署位置的討論,單純僅就網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而言,并未綜合考慮運營商網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)的歸屬問題。實際上,隨著運營商網(wǎng)絡(luò)共建共享的深入推進,對于共享的運營商之間,MEC的部署變得復(fù)雜,具體需結(jié)合運營商屬于主建方還是共享方的情況進行分析研究。
在共建共享模式下,運營商A與運營商B遵循共建共享原則,共同建設(shè)一張5G網(wǎng)絡(luò),雙方劃定區(qū)域,分區(qū)建設(shè),各自負責在劃定區(qū)域內(nèi)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)工作。具體是,采用接入網(wǎng)共享方式,核心網(wǎng)各自建設(shè),5G頻率資源共享。參建運營商共享無線網(wǎng)基站,物理上是一個基站,邏輯上還是兩個基站。邏輯上的兩個基站通過承載網(wǎng)共享互通,分別接入各自的核心網(wǎng)。其接入網(wǎng)共享方案如圖1所示。注意到,在此模式下,對于部分地市而言,會出現(xiàn)一部分區(qū)域是運營商A主建,另一部分區(qū)域則是運營商A共享的情況。為此,有必要研究分析主建場景下與共享場景下的MEC部署方案的要點,以便統(tǒng)籌5G MEC發(fā)展需求,實現(xiàn)MEC的共建共享,大幅降低邊緣計算的建設(shè)成本及運營成本。以下就共建和共享兩種不同場景下的MEC部署進行探討。
2.1主建場景下,MEC的部署方案
在主建場景下,MEC主機部署方面應(yīng)以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向按需部署,并與UPF的下沉和分布式部署相互協(xié)同,可以靈活地部署在從基站附近到核心網(wǎng)絡(luò)的不同位置,如基站側(cè)、接入機房、匯聚機房、核心機房。以下具體介紹每個層級的MEC部署方案:
2.1.1 MEC部署在站點側(cè)
此種模式一般采用邊緣級MEC部署于靠近站點側(cè)(基站或者BBU集中放置的機房),由于MEC靠近用戶使得其時延最小,但是覆蓋的基站數(shù)相對較少,且現(xiàn)網(wǎng)用戶暫無此類層級業(yè)務(wù),該模式則更適合于本地分流場景。
2.1.2 MEC部署在接入層
此種模式一般采用MEC和基站CU共機房,部署在接入層,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)離用戶更近,終端發(fā)起的業(yè)務(wù)經(jīng)過基站、MEC主機到互聯(lián)網(wǎng)/第三方內(nèi)容服務(wù),主要針對新型超低時延業(yè)務(wù)在邊緣才能滿足需求的場景,時延可控制在1ms~10ms之內(nèi),如智慧場館、自動駕駛、遠程醫(yī)療診斷、機器人協(xié)作、遠程手術(shù)等。
2.1.3 MEC部署在匯聚層
MEC的邏輯位置在UPF之后,會增加一部分回傳網(wǎng)絡(luò)的時延,可以為用戶提供低時延、高帶寬服務(wù),如無人機投遞業(yè)務(wù)、AR/VR業(yè)務(wù)等。
2.1.4 MEC部署在核心層
MEC與UPF在同個邏輯位置,其時延也最大,但能夠解決跨地域傳輸覆蓋的問題,可以用于公眾業(yè)務(wù)和行業(yè)業(yè)務(wù)場景,如公共安全、移動視頻監(jiān)控、高清視頻等。
在主建的情況下,MEC的部署可降低時延,使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容,以提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。MEC的部署需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求進行抉擇,MEC部署位置越靠近用戶,時延越低。
2.2共享場景下,MEC的部署方案
在共享場景下,因MEC所處的位置受限于資產(chǎn)歸屬、時延體驗、物理基礎(chǔ)設(shè)施等相關(guān)因素,其部署的位置可在三個層級,如接入層、匯聚層、核心層。以下具體介紹共享場景下每個層級的MEC部署方案:
2.2.1 MEC部署于運營商A核心層
此類部署方案下,運營商A和運營商B的核心承載層需打通,客戶終端與核心側(cè)的MEC建立通話連接后,MEC的數(shù)據(jù)信息重新經(jīng)運營商B承載網(wǎng)下載至本地終端,如圖2所示。經(jīng)計算客戶側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點至核心MEC服務(wù)器節(jié)點的光纜線路距離時延,其業(yè)務(wù)雙向觸發(fā)時延為0.10~1.00ms,以及設(shè)備節(jié)點時延,其業(yè)務(wù)雙向觸發(fā)時延在1.00~3.00ms之間,合計傳輸側(cè)時延范圍極限值為1.10~4.00ms之間。由于此類部署方案的傳輸時延相對較高,只能滿足近期大寬帶業(yè)務(wù)需求,如公共安全、移動視頻監(jiān)控、高清視頻、AR/VR業(yè)務(wù)。
2.2.2 MEC部署于運營商A匯聚層
此類部署方案下,運營商A和運營商B的匯聚層打通,客戶終端與和匯聚側(cè)的MEC服務(wù)器建立通話連接后,MEC的相關(guān)數(shù)據(jù)信息由運營商A匯聚機房——運營商B匯聚機房——運營商B 5G基站——用戶終端,如圖3所示。經(jīng)計算客戶側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點至核心MEC服務(wù)器節(jié)點的光纜線路距離時延,其業(yè)務(wù)雙向觸發(fā)時延為0.05~0.20ms,以及設(shè)備節(jié)點時延,其業(yè)務(wù)雙向觸發(fā)時延在0.80~1.60ms之間,最終觸發(fā)理論時延在 0.25~2.20ms之間。此類部署方案可滿足中遠期的低時延和多連接業(yè)務(wù)需求,如無人機投遞業(yè)務(wù)、遠程醫(yī)療診斷。
2.3 MEC部署于運營商A接入層
此類方案不適合現(xiàn)網(wǎng)部署,由于運營商A和運營商B的接入層打通,客戶終端與和接入機房側(cè)的MEC服務(wù)器建立通話連接,這可大大降低用戶時延,但由于耗費光纜資源,建設(shè)成本增加,這有違共享共建理念,MEC部署于運營商A接入機房的方案不適合應(yīng)用于現(xiàn)網(wǎng)。
三、面向用戶的MEC共享方案
MEC通過NEF與5GC進行實時交互,并調(diào)用5G網(wǎng)絡(luò)能力為自身提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此,MEC也可以視為5G網(wǎng)絡(luò)資源之一進行共建共享。但受限于運營商的市場體制、網(wǎng)絡(luò)自主性等方面的制約,當下討論MEC的共建可能為時尚早,但這并不妨礙我們從用戶的角度出發(fā),討論MEC的共享方案。
從用戶需求的角度出發(fā),可按照不同業(yè)務(wù)場景對時延、帶寬、可靠性等差異化要求來決定共享或?qū)O砟骋粚蛹壍腗EC。而運營商也可以借此最大化提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
根據(jù)業(yè)務(wù)需求及部署位置,面向用戶的MEC共享方案可分為以下三種部署模式:
3.1共享型部署
網(wǎng)元UPF及MEC均部署在匯聚或核心機房,網(wǎng)元共享可為不同客戶配置不同的分流方案。在現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,部署層級更高的UPF及MEC,可在環(huán)境、硬件、維護等方面獲得優(yōu)越的資源,客戶也可因此獲得良好的業(yè)務(wù)保障。資源共享模式運用成本低廉,適合對時延及本地化要求不強烈的客戶。對于以上討論的MEC與UPF部署網(wǎng)絡(luò)層級,在主建情況和共享情況下,共享型都適用MEC部署在核心機房。
3.2專供型部署
網(wǎng)元與平臺專供于客戶,UPF及MEC下沉部署在用戶側(cè)邊緣機房。客戶的本地分流業(yè)務(wù)由UPF控制分流本地平臺。由于專供型模式要求QoS級別高、數(shù)據(jù)本地化、設(shè)備維護技術(shù)高,專供型部署模式更適用于對時延和數(shù)據(jù)安全敏感的行業(yè)客戶。對于以上討論的UPF與MEC部署網(wǎng)絡(luò)層級,在主建情況下,專供型都適用MEC部署在運營商A匯聚機房以及接入機房;在共享情況下,該模式適用MEC部署運營商A匯聚機房。
3.3混合型部署
該模式的網(wǎng)元UPF在核心或匯聚機房部署,MEC在用戶側(cè)邊緣機房部署,且利用承載網(wǎng)或?qū)>€連接UPF與MEC;因此,具有平臺部署本地化,網(wǎng)元可共享等優(yōu)勢。由于混合型部署模式要求部署成本低、時延業(yè)務(wù)保障高、MEC部署本地化,混合型部署模式更適用于對成本和平臺本地化敏感的行業(yè)客戶。對于以上討論的MEC與UPF部署網(wǎng)絡(luò)層級,在主建情況和共享情況下,混合型與專供型的MEC部署位置無多大區(qū)別,主要不同之處為UPF部署位置。
四、 結(jié)束語
MEC的部署位置需結(jié)合具體的業(yè)務(wù)場景需求進行具體分析。在共建共享模式下,運營商部署MEC存在多種方案,本文分別從運營商主建和共享的角度討論MEC部署于基站側(cè)及接入層、匯聚層以及核心層方案的可行性及性能表現(xiàn),并提出了在不同部署方案下,MEC平臺進一步面向客戶的共享方案建議,包括共享型、專供型和混合型等。這對于運營商建設(shè)MEC或具有良好的借鑒意義。
參 ?考 ?文 ?獻
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